Skip to main content
SUPERVISOR
Mostafa Ghayour,Saeed Behbahani
مصطفی غیور (استاد راهنما) سعید بهبهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mher Orojian
مهر اروجیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

End-Point Tracking Control of Nonholonomic Spatial Mobile Manipulator in the Presence of an Obstacle
The problem of motion control of Wheeled Mobile Manipulators (WMMs) is extensively studied in past decade. Mobile manipulator refers to robotic system which is built by a robotic arm mounted on a mobile platform. This kind of system, combines the manipulability of a fixed base manipulator, with the moving wheeled platform, thus allowing the most usual missions of robotic systems which require both locomotion in large workspace and manipulation abilities. Mobile manipulators are often used for tasks such as assembly, iection, spray painting or part transfer. One of the most common mobile robots is the differential-drive type, which is a typical example of nonholonomic mechanisms. The assumption for pure wheels rotation (i.e., no slipping occurs) causes kinematic constraint of nonholonomic type to system. This constraint limits the instantaneous velocity of the platform to certain directions. Furthermore the coupled dynamic equations of the mobile platform and manipulator, along with performing task by avoiding obstacles, makes designing a precise controller for the mobile manipulator, very challenging. This thesis addresses the problem of end-point position tracking control of mobile manipulators operating in the task space. First a class of non-linear simple model-based task space regulator is proposed, then the different constraints regarding task in hand such as obstacle avoidance is introduced. Avoiding singular configurations are also considered by using manipulability index, it’s necesery to avoid these configurations and reaching the end-point with high manipulability. With the help of exterior penalty function approach, manipulability and obstacles avoidance inequality constraints are included in our novel control law. To show the efficiency of proposed approach, four simulations are carried out on a differential drive platform with a spatial manipulator of three kinematic pairs (RRR manipulator) and results are presented. Results show that propose approach can successfully track end-point position and avoid both obstacles and singular configurations Keyword: Mobile Manipulator, Nonholonomic Constraint, Obstacle Avoidance, Manipulability Index, Robust Control
امروزه ربات‌ها در صنعت به‌منظور جایگزینی نیروی انسانی در کار‌های تکراری و خطرناک، به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌طورمعمول وظیفه بخشی از ربات‌ها برداشتن و گذاشتن قطعات و یا جابجا کردن مواد اولیه است. بازوهای مکانیکی از انواع متداول ربات‌ها هستند. به‌کارگیری بازوهای مکانیکی در زمینه‌های جدید علمی ، صنعتی و توسعه محدوده کاربرد آن‌ها، ایجاب می‌کند که آن‌ها قابلیت حرکت داشته باشند. یکی از راه‌های ایجاد این قابلیت، نصب بازوی مکانیکی بر روی پایه متحرک چرخ‌دار است، که در کارهایی از قبیل اکتشاف، کار در معادن، مین‌روبی، اطفای حریق در جنگل‌ها، جابجایی مواد خطرناک، پاکسازی محیط‌های آلوده بر اثر انفجار‌های شیمیایی یا هسته‌ای و عملیاتی که نیاز به‌سرعت، دقت و قابلیت حرکت خاصی دارند، کاربرد دارند. سیستم‌های متحرک، دارای مسائل ویژه و منحصربه‌فردی هستند، که در اثر وابستگی پایه متحرک غیرهولونومیک و بازوهای هولونومیک، ایجاد می‌شوند. به علت قیود غیرهولونومیک اعمالی بر پایه، مجموعه بازوهای مکانیکی همراه با پایه متحرک، یک سیستم غیر‌هولونومیک محسوب می‌شوند. مدل دینامیکی پیچیده به همراه کوپلینگ بالا میان بازو و پایه متحرک و همچنین وجود قیود حرکتی غیرهولونومیک در این ربات‌ها، طراحی کنترل‌کننده را به‌صورت قابل ملاحظه‌ای پیچیده می‌کند. در این پژوهش کنترل نقطه انتهایی بازوی مکانیکی سه درجه آزادی فضایی با پایه متحرک غیرهولونومیک در فضای وظیفه مورد بررسی قرارگرفته است. استفاده از بازو با پایه متحرک به‌منظور انجام وظایفی چون مونتاژ یا انتقال قطعات در فضای‌کاری پیچیده و با حضور موانع مختلف، نیاز به‌دقت بالایی دارند. برای کنترل چنین وظایف دشواری، نیاز به اطلاعات سینماتیکی و دینامیکی ربات است که اکثراً به‌طور دقیق معلوم نمی‌باشند. حتی اگر این پارامترها مشخص باشند، ربات باید با محیط اطراف تعامل داشته باشد. جابجایی قطعات با وزن نا‌مشخص در محیط نامعلوم با موانع متعدد، موجب بروز نامعینی در ربات می‌گردد. درنتیجه در عمل، امکان شناسایی برخی پارامترها قبل از انجام عملیات برای هر بار وجود ندارد. هدف، کنترل موقعیت ربات به‌گونه‌ای است که، بازو با پایه متحرک، از یک موقعیت اولیه دلخواه به یک نقطه پایانی مطلوب در فضای وظیفه برود. در این پژوهش یک سیستم کنترلی نوین ارائه شده، که قابلیت انجام وظیفه در حضور موانع را داراست. علاوه بر این، قادر است در طول مسیر، حرکت پذیری بالا برای بازو مکانیکی فراهم آورد، به‌طوری‌که ربات را از نقاط تکین دور نگه دارد و نسبت به نامعینی‌های وارده به ربات، مقاوم باشد. معادلات دینامیکی ربات مورد بررسی غیرخطی بوده و توسط روش لاگرانژ محاسبه ‌شده است. برای به دست آوردن و ساده‌سازی معادلات حاکم بر ربات، از نرم‌افزار میپل و برای پیاده‌سازی سیستم کنترلی از بخش سیمولینک نرم‌افزار متلب، استفاده‌شده است. بررسی انجام‌شده بر روی ربات نشان می‌دهد که ربات قادر است وظیفه مطلوب را در حضور مانع و نامعینی پارامتری، به‌خوبی انجام دهد و سیگنال کنترلی پیوسته و قابل قبولی را در طول مسیر، ایجاد نماید. کلمات کلیدی: بازوی مکانیکی، ربات با پایه متحرک، قیود غیرهولونومیک،گذر از مانع، حرکت‌پذیری، کنترل مقاوم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی